[发明专利]风力涡轮机和减少摆振振动的运行风力涡轮机的方法

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机和减少摆振振动的运行风力涡轮机的方法，其中所述风力涡轮机包括风力涡轮机控制系统，所述风力涡轮机控制系统具有至少一测量摆振振动的振动传感器和用于接收来自振动传感器的振动信号的控制器。该传感器单元优选为安置在静态参照系的加速度计。该控制器确定至少一旋转模式频率及其振动水平。如果测得的振动水平超过阈值，该控制器开始校正行为。该校正行为优选为风力涡轮机叶片桨距角的调节，其减弱摆振振动。

发明领域

本发明涉及减少摆振振动的控制风力涡轮机的方法，其中在风力涡轮机中测量指示摆振振动的振动信号，基于该振动信号确定至少旋转模式的振动水平，将该振动水平与阈值对比，如果该振动水平超过阈值，调整风力涡轮机的运行。

本发明还涉及减少摆振振动的控制风力涡轮机的系统，其中安置在风力涡轮机中的加速度计设置为测量表明摆振振动的振动信号，控制器设置为基于该振动信号确定至少旋转模式的振动水平，其中控制器进一步设置为将振动水平与阈值进行对比，如果振动水平超过该阈值，调整风力涡轮机的运行。

发明背景

已知在风力涡轮机叶片内放置传感器单元，比如加速度计，以测量风力涡轮机叶片的各种状况，例如振动水平。但是，由于疲劳载荷、静电或雷击，这些传感器单元很可能失效。传感器单元还承受温度变化大的严苛环境，并在风力涡轮机叶片旋转时，还很可能被其内部乱放的松落物体例如胶块击打。更换和维护这种传感器单元的过程很耗时并且昂贵，这增长了风力涡轮机停工期。这种传感器单元还增加了制造过程的步骤，并提高了随风力涡轮机叶片数目倍增的总安装费用。

已知将加速度计放置于变速箱单元、发电机单元或主轴承中，用于监测这些部件的振动水平。通常风力涡轮机系统中的控制器通过调节用于运行风力涡轮机的控制参数，使用来自这些传感器的振动信号来减少这些部件中多余的振动和疲劳载荷。

Joergen Thristrup Petersen等在1998年收录于Risoe中的文章“局部叶片旋转和全体转子旋转的相互作用(Local blade whirl and global rotor whirlinteraction)”公开了相对简单的数学模型，用于确定具有三片风力涡轮机叶片的风力涡轮机的旋转模式振动。认为风力涡轮机叶片的局部旋转模式振动和转子的全体旋转模式振动之间存在关联。模拟的示例提出全体旋转模式的频率为转子旋转速度的函数，如果全体旋转模式与风力涡轮机叶片的通过频率和旋转速度的频率重合，该振动水平会由于共振而提高。这篇文章没有公开这个数学模型在风力涡轮机的控制方案中如何实施。

此外，迄今为止已证明寻求可行的实施方案具有挑战性。

美国专利申请US 2012/0257967公开了一种方法和控制器，用于产生桨距角控制信号，尤其用于控制摆振方向的转子振动。桨距角控制信号产生为其根据转子叶片振动运动变化。根据该公开，振动在机舱中测量。此外，该公开需要相当复杂的加工方案。

美国专利申请US 2010/301605(尼尔森等)涉及在空载风力涡轮机上控制摆振模式，但是没有公开识别摆振模式的实际细节。

因此，需要改进的用于调节风力涡轮机运行的控制方法，以减小风力涡轮机叶片的摆振振动，而不需要使用风力涡轮机叶片中放置的加速度计。

发明目的

本发明的一个目的在于提供一种控制方法，其监测由风力涡轮机的至少一个旋转模式引起的振动。

本发明的一个目的在于提供一种控制方法，其降低旋转模式振动水平。

本发明的一个目的在于提供一种控制方法，其可在现有风力涡轮机控制系统中实施。

本发明的一个目的在于提供一种风力涡轮机控制系统，其能够监控由风力涡轮机的至少一个旋转模式引起的振动。

本发明的一个目的在于提供一种风力涡轮机控制系统，其能够降低旋转模式振动水平。